JP2019117423A - Image capturing optical system and image capturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カメラなどの撮像装置に好適な撮像用の光学系に関するものである。 The present invention relates to an optical system for imaging suitable for an imaging device such as a camera.
特許文献1には、物体側より正、負、正の3群8〜9枚構成でフォーカス時に第2レンズ群が一体として移動されるインナーフォーカス式のレンズであって、所定のレンズ構成と条件式とを満足することにより、フィルムサイズが大きなカメラ用として好適な、収差が良好に補正されたコンパクトなレンズを得ることが記載されている。具体的には、物体側より順に2枚の正レンズ、負レンズ、および正レンズからなる固定で正の第1レンズ群、負レンズと正レンズからなりフォーカス時に一体として移動する負の第2レンズ群、正レンズ、負レンズ、および正レンズからなる固定で正の第3レンズ群を配列してなるレンズが開示されている。
カメラなどの撮像装置に大型の撮像素子が採用されつつあり、それに対応したイメージサークルの大きい撮像用のレンズシステム(光学系)が要望されている。イメージサークルの大きな光学系で、特に画角が大きな光学系は、レンズサイズが大きくなり、バックフォーカスも相対的に短くなりやすい。このため、イメージサークルが大きな光学系を、簡易な構成で、コンパクトに実現することが要望されている。 A large image pickup element is being adopted for an image pickup apparatus such as a camera, and a lens system (optical system) for image pickup having a large image circle corresponding thereto is demanded. In an optical system having a large image circle, in particular, an optical system having a large angle of view, the lens size becomes large and the back focus tends to be relatively short. For this reason, there is a demand for realizing an optical system with a large image circle in a compact configuration with a simple configuration.
本発明の態様の1つは、物体側から像面に向かって順番に、全体として正の屈折力の第1のレンズ群と、全体として負の屈折力の第2のレンズ群と、開口絞りと、全体として正の屈折力の第3のレンズ群とから構成される光学系である。この光学系は、フォーカシングの際に、第1のレンズ群、開口絞りおよび第3のレンズ群は、像面に対し固定され、第2のレンズ群が像面に対して移動するインナーフォーカスタイプであり、第3のレンズ群は、最も物体側に配置された正の屈折力の絞り側レンズと、正の屈折力のレンズと、両凹の負レンズと、最も像面側に配置された負の屈折力の像面側レンズとから構成される。第3のレンズ群の像面側に2枚の負のパワーのレンズを配置することにより、バックフォーカスBFに対して大きなイメージサークルを備えた光学系を提供できる。像面から二枚目の負レンズの像面側の面を像面側に凹の面にすることにより、像面に入射する光線角度が大きくなりすぎることを抑制でき、より鮮明な像を結像できる。 One of the aspects of the present invention is, in order from the object side to the image plane, a first lens group of generally positive refractive power, a second lens group of generally negative refractive power, and an aperture stop And a third lens group having a positive refractive power as a whole. This optical system is an inner focus type in which the first lens group, the aperture stop, and the third lens group are fixed with respect to the image plane and the second lens group moves with respect to the image plane during focusing. The third lens unit includes a lens having a positive refractive power, which is disposed closest to the object, a lens having a positive refractive power, a negative biconcave lens, and a negative that is disposed closest to the image surface. And an image-side lens of a refractive power of By disposing two negative power lenses on the image plane side of the third lens group, it is possible to provide an optical system having a large image circle with respect to the back focus BF. By making the surface on the image surface side of the second negative lens from the image surface concave on the image surface side, it is possible to suppress an increase in the angle of light incident on the image surface, and a clearer image is formed. It can be an image.
絞り側レンズの物体側の面と開口絞りとの距離dSと、絞り側レンズの面と像面との距離dIとが以下の条件(1)を満たしてもよい。
0.02<dS/dI<0.3 ・・・(1)
The distance dS between the object-side surface of the stop lens and the aperture stop and the distance dI between the surface of the stop lens and the image plane may satisfy the following condition (1).
0.02 <dS / dI <0.3 (1)
この光学系は、全体として、正−負−正の望遠タイプ(テレフォトタイプ)に近いパワー配分を持ち、比較的長いバックフォーカスを確保しやすいタイプである。その一方、文献1に示したレンズシステムのように、像面側のレンズ径に対して物体側のレンズ径が大きくなりやすい。このため、イメージサークルを大きくするために像面側のレンズ径を大きくすると物体側のレンズ径がますます大きくなり、光学系をコンパクトにデザインすることが難しい。また、物体側のレンズ径を小さくすると画角が小さくなりやすく、望遠としては画角が大きく、明るい光学系を得ることが難しい。
This optical system as a whole has a power distribution close to a positive-negative-positive telephoto type (telephoto type), and is a type that can easily ensure a relatively long back focus. On the other hand, as in the lens system shown in
このため、この光学系においては、最も像面側に負のパワーのレンズを配置することにより像面側のレンズ径に対して大きなイメージサークルが得られるようにしている。一方、像面側に負のパワーのレンズを配置すると、像面、すなわち撮像素子に入力する軸外光線の入射角度が大きくなりすぎて(入射光線角度が立ってしまい)、周辺光の光量が不足したり収差補正が不十分になりやすい。このため、この光学系においては、第3のレンズ群の最も物体側、すなわち、最も開口絞り(以降においては、絞りと称することがある)側に正のパワーのレンズ(絞り側レンズ)を、上記の条件(1)を満たすように、開口絞りの近くに配置し、開口絞りからの光線、特に軸外光の光軸に対する発散を抑制するようにしている。これにより、像面に入射する光線の角度を小さくする(寝かす)ことができ、上記の不具合を抑制できる。 For this reason, in this optical system, a lens of negative power is disposed closest to the image plane side so that a large image circle can be obtained with respect to the lens diameter on the image plane side. On the other hand, when a lens of negative power is disposed on the image plane side, the incident angle of the off-axis ray input to the image plane, that is, the imaging element becomes too large (the incident ray angle rises) It tends to be insufficient or the aberration correction is insufficient. Therefore, in this optical system, a lens of a positive power (diaphragm side lens) on the most object side of the third lens group, that is, on the side of the most aperture stop (hereinafter may be referred to as the stop), In order to satisfy the above condition (1), the aperture stop is disposed near the aperture stop so as to suppress the divergence of the light from the aperture stop, particularly the off-axis light with respect to the optical axis. As a result, the angle of the light beam incident on the image plane can be reduced (spreaded), and the above-mentioned problems can be suppressed.
また、開口絞りから像面側の光束の広がりを抑制でき、イメージサークルに対して像面側のレンズ径が大きくなることを抑制できるので、像面側のレンズ径に対して、物体側のレンズ径が大きくなることを抑制できる。また、開口絞りに、第3のレンズ群の最も物体側の集光に適した正のパワーのレンズの面(第3のレンズ群の最も絞り側の面)を近づけることにより周辺光を第3のレンズ群に取り込みやすくなり、画角が小さくなることを抑制できる。したがって、光学系の最も物体側のレンズ径が小さく、画角が大きな光学系を提供できる。 In addition, since the spread of the light beam on the image plane side from the aperture stop can be suppressed, and the increase in the lens diameter on the image plane side with respect to the image circle can be suppressed, the lens on the object side with respect to the lens diameter on the image plane side It can suppress that a diameter becomes large. Also, by making the surface of the positive power lens (the surface on the most stop side of the third lens group) suitable for focusing on the most object side of the third lens group close to the aperture stop, the peripheral light is made third It is easy to take in the lens group of the lens, and it is possible to suppress the reduction of the angle of view. Therefore, it is possible to provide an optical system in which the lens diameter on the most object side of the optical system is small and the angle of view is large.
条件(1)の上限を上回ると、第3のレンズ群の最も物体側の面(絞り側レンズの物体側(絞り側)の面)が開口絞りから離れすぎて、像面側レンズの径が大きくなるのを抑制したり、コンパクトな光学系を得ることが難しくなる。条件(1)の下限を下回ると、絞り側レンズの物体側の面が開口絞りに近づきすぎるので、絞りに対する上側、下側の光線束(光束)の割合が変化し、収差補正が困難になる。条件(1)の下限は0.15であってもよく、収差補正がより容易となる。上限は0.25であってもよく、像面側レンズの径が大きくなることをさらに抑制できる。 When the value exceeds the upper limit of the condition (1), the surface closest to the object side of the third lens group (the object side (stop side) surface of the stop side lens) is too far from the aperture stop, and the diameter of the image plane side lens is It becomes difficult to suppress the increase and to obtain a compact optical system. When the value goes below the lower limit of the condition (1), the object-side surface of the stop-side lens gets too close to the aperture stop, so the ratio of the upper and lower light fluxes (light flux) to the stop changes and aberration correction becomes difficult . The lower limit of the condition (1) may be 0.15, and aberration correction becomes easier. The upper limit may be 0.25, and the increase in the diameter of the image plane side lens can be further suppressed.
第2のレンズ群の合成焦点距離f2と、絞り側レンズの焦点距離fsとが以下の条件(2)を満たすことが望ましい。
0.1<|f2/fs|<0.8 ・・・(2)
条件(2)の上限を上回ると、フォーカシングを行う第2のレンズ群のパワーに対して絞り側レンズのパワーが大きくなりすぎて収差補正が難しくなる。一方、条件(2)の下限を下回ると、絞り側レンズのパワーが弱すぎて、像面に対する光線角度の制御が難しくなる。条件(2)の下限は0.3であってもよく、像面に対する光線角度の制御がより容易になる。また、上限は0.6であってもよく、収差補正がさらに容易になる。
It is desirable that the combined focal length f2 of the second lens group and the focal length fs of the stop side lens satisfy the following condition (2).
0.1 <| f2 / fs | <0.8 (2)
When the value exceeds the upper limit of the condition (2), the power of the aperture stop lens becomes too large with respect to the power of the second lens group that performs focusing, which makes aberration correction difficult. On the other hand, when the value goes below the lower limit of the condition (2), the power of the stop side lens is too weak, which makes it difficult to control the ray angle with respect to the image plane. The lower limit of the condition (2) may be 0.3, which makes it easier to control the ray angle with respect to the image plane. The upper limit may be 0.6, which makes aberration correction easier.
第1のレンズ群の焦点距離f1と、第2のレンズ群の焦点距離f2と、バックフォーカスBFとが以下の条件(3)および(4)を満たしてもよい。バックフォーカスBFは、無限遠物体にフォーカスしたときの、この光学系(レンズシステム)のバックフォーカス長である。
−10<f2/BF<−1.4 ・・・(3)
−1.5<f2/f1<−0.7 ・・・(4)
条件(3)および(4)の上限を上回ると、第2のレンズ群のパワーが強すぎて収差補正が過剰となりすぎる。条件(3)および(4)の下限を下回ると、第2のレンズ群のパワーが弱すぎてフォーカシングの効きが弱く、移動距離が長くなり、また、レンズ長が大きくなる。条件(3)の下限は−4であってもよく、条件(4)の下限は−1.3であってもよい。レンズ長が大きくなることをさらに抑制できる。条件(4)の上限は−0.8であってもよく、収差補正が過剰になることを抑制できる。
The focal length f1 of the first lens group, the focal length f2 of the second lens group, and the back focus BF may satisfy the following conditions (3) and (4). The back focus BF is a back focus length of this optical system (lens system) when focusing on an infinite distance object.
-10 <f2 / BF <-1.4 (3)
−1.5 <f2 / f1 <−0.7 (4)
If the upper limits of the conditions (3) and (4) are exceeded, the power of the second lens unit is too strong, and aberration correction becomes excessive. Below the lower limits of the conditions (3) and (4), the power of the second lens unit is too weak to be effective in focusing, the moving distance becomes long, and the lens length becomes long. The lower limit of the condition (3) may be -4, and the lower limit of the condition (4) may be -1.3. The lens length can be further suppressed from increasing. The upper limit of the condition (4) may be −0.8, which can suppress excessive aberration correction.
第3のレンズ群は、物体側から順に配置された絞り側レンズと、正の屈折力のレンズと、両凹の負レンズと、像面側レンズとにより構成できる。両凹の負レンズの像面側の面の曲率半径RLN2と、バックフォーカスBFとが以下の条件(5)を満たすことが望ましい。
0.05<BF/RLN2<0.5 ・・・(5)
条件(5)の上限を上回ると、曲率の絶対値が大きくなり、パワーが強くなりすぎて収差補正のバランスをとることが難しくなる。また、バックフォーカスBFが短くなりすぎる。条件(5)の下限を下回ると、パワーが弱すぎて収差補正が難しくなり、また、バックフォーカスBFが長くなりすぎる。条件(5)の上限は0.4であってもよく、収差補正のバランスがとりやすくなる。
The third lens group can be composed of a stop side lens arranged in order from the object side, a lens of positive refractive power, a biconcave negative lens, and an image plane side lens. It is desirable that the curvature radius RLN2 of the image side surface of the biconcave negative lens and the back focus BF satisfy the following condition (5).
0.05 <BF / RLN2 <0.5 (5)
When the value exceeds the upper limit of the condition (5), the absolute value of the curvature becomes large, the power becomes too strong, and it becomes difficult to balance the aberration correction. Also, the back focus BF becomes too short. When the value goes below the lower limit of the condition (5), the power becomes too weak to make aberration correction difficult, and the back focus BF becomes too long. The upper limit of the condition (5) may be 0.4, which makes it easy to balance aberration correction.
最も像面側のレンズは像面側に凸の負のメニスカスレンズであってもよく、この像面側レンズの物体側の面の曲率半径RLL1と、曲率半径RLN2とが以下の条件(6)を満たしてもよい。大きなイメージサークルを備えたコンパクトな光学系を提供できる。
−1.0<(RLL1+RLN2)/(RLL1−RLN2)<−0.1
・・・(6)
条件(6)の上限を上回ると、像面側の最終の2つのレンズの向かい合った面の組み合わせのパワーが大きくなりすぎてバックフォーカスBFが短くなりすぎる。一方、条件(6)の下限を下回ると、向かい合った面の組み合わせのパワーが不足して、バックフォーカスBFが長くなりすぎ、また、レンズ径やレンズ長も大きくなる。条件(6)の上限は−0.5であってもよく、バックフォーカスBFが短くなりすぎることをさらに抑制できる。
The lens closest to the image plane may be a negative meniscus lens convex on the image plane side, and the radius of curvature RLL1 of the surface on the object side of the lens on the image plane side and the radius of curvature RLN2 satisfy the following condition (6) May be satisfied. A compact optical system with a large image circle can be provided.
-1.0 <(RLL1 + RLN2) / (RLL1-RLN2) <-0.1
... (6)
When the value exceeds the upper limit of the condition (6), the power of the combination of the facing surfaces of the last two lenses on the image plane side becomes too large, and the back focus BF becomes too short. On the other hand, when the value goes below the lower limit of the condition (6), the power of the combination of the facing surfaces is insufficient, the back focus BF becomes too long, and the lens diameter and the lens length become large. The upper limit of the condition (6) may be −0.5, which can further suppress the back focus BF from being too short.
この光学系においては、望遠タイプとしては像面側レンズ径に対して物体側のレンズ径を小さくすることができる。例えば、第1のレンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面の有効径De1と、第3のレンズ群の最も像面側レンズの像面側の面の有効径DeLL2とが以下の条件(7)を満たしてもよい。
0.9<De1/DeLL2<1.0 ・・・(7)
In this optical system, in the telephoto type, the lens diameter on the object side can be made smaller than the lens diameter on the image plane side. For example, the effective diameter De1 of the object side surface of the lens closest to the object side in the first lens group and the effective diameter DeLL2 of the surface close to the image plane side of the third lens unit on the image side are as follows. You may satisfy (7).
0.9 <De1 / DeLL2 <1.0 (7)
この光学系においては、望遠タイプとしては光学系の全長LAを短くすることが可能であり、全長LAとバックフォーカスBFとが以下の条件(8)を満たしてもよい。
1.5<LA/BF<5.0 ・・・(8)
条件(8)の下限は2.0であってもよく、上限は4.0であってもよい。
In this optical system, it is possible to shorten the total length LA of the optical system as a telephoto type, and the total length LA and the back focus BF may satisfy the following condition (8).
1.5 <LA / BF <5.0 (8)
The lower limit of the condition (8) may be 2.0 and the upper limit may be 4.0.
さらに、この光学系においては、望遠タイプとしては最も物体側のレンズの物体側の面の有効径De1をバックフォーカスBFに対して小さくでき、以下の条件(9)を満たしてもよい。
0.8<De1/BF<2.0 ・・・(9)
条件(9)の上限は1.6であってもよい。
Furthermore, in this optical system, the effective diameter De1 of the object side surface of the lens closest to the object side in the telephoto type can be smaller than the back focus BF, and the following condition (9) may be satisfied.
0.8 <De1 / BF <2.0 (9)
The upper limit of the condition (9) may be 1.6.
本発明の他の態様の1つは、上記の光学系と、光学系の像面側に配置された撮像素子とを有する撮像装置である。光学系は交換用レンズであってもよく、撮像装置は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、TVカメラ、アクションカメラを含む。大口径でコンパクトな光学系を提供できるので、撮像装置も小型化できる。 One of the other aspects of this invention is an imaging device which has said optical system and the image pick-up element arrange | positioned at the image surface side of an optical system. The optical system may be a replacement lens, and the imaging device includes a digital camera, a video camera, a TV camera, and an action camera. Since a large-diameter and compact optical system can be provided, the imaging apparatus can be miniaturized.
図1に、撮像用の光学系を備えた撮像装置(カメラ、カメラ装置)の一例を示している。このカメラ1は、光学系(撮像光学系、結像光学系、レンズシステム)10と、光学系10の像面側(撮像側、結像側)12に配置され、像面5aを形成する撮像素子(撮像デバイス)5とを有する。光学系10は、物体側11から像面5aに向かって順番に、全体として正の屈折力の第1のレンズ群G1と、全体として負の屈折力の第2のレンズ群G2と、開口絞りStと、全体として正の屈折力の第3のレンズ群G3とから構成され、フォーカシングの際に第1のレンズ群G1、開口絞りStおよび第3のレンズ群G3が像面5aに対して固定され、第2のレンズ群G2が像面5aに対して移動する、インナーフォーカスタイプの撮像用の光学系10である。
FIG. 1 shows an example of an imaging apparatus (camera, camera apparatus) provided with an optical system for imaging. The
第1のレンズ群G1は、4枚構成で、光軸15に沿って物体側11から順番に配置された、物体側11に凸の正の屈折力(パワー、以下、屈折力を単に正または負として示すことがある)のメニスカスレンズL1と、物体側11に凸の正のメニスカスレンズL2と、物体側11に凸の負のメニスカスレンズL3と、物体側11に凸の正のメニスカスレンズL4とから構成されている。正のメニスカスレンズL2と負のメニスカスレンズL3とで負の屈折力の接合レンズB1が構成されている。すなわち、第1のレンズ群G1は、正−正−負−正、または、正−負−正のパワー配置を備えている。
The first lens group G1 has a four-lens configuration, and is disposed in order from the
第2のレンズ群G2は2枚構成で、光軸15に沿って物体側11から順番に配置された、像面側12に凸の正のメニスカスレンズL5と、両凹の負レンズL6とから構成されており、これらのレンズL5およびL6により、負の屈折力の接合レンズB2が構成されている。この接合レンズB2は、フォーカシングのために光軸15に沿って前後に移動する。
The second lens group G2 has a two-lens configuration, and includes a positive meniscus lens L5 convex on the
第2のレンズ群G2に対し開口絞りStを挟んで像面側12に配置された第3のレンズ群G3は4枚構成で、光軸15に沿って物体側11から順番に配置された、物体側11に凸の正のメニスカスレンズ(絞り側レンズ)L7と、両凸の正レンズL8と、両凹の負レンズL9と、最も像面側12に配置され、像面側12に凸の負のメニスカスレンズ(像面側レンズ)L10とから構成されている。すなわち、第3のレンズ群G3は、正−正−負−負のパワー配置を備えている。このため、この光学系は全体が2組の接合レンズを含む10枚構成で、開口絞りStを挟んで、物体側11が正−負−正−負(レンズ単位では、正−正−負−正−正−負)、像面側12が正−正−負−負のパワー配置を備え、プラスリードの望遠型のパワーの組み合わせで、全体としてコンパクトな構成となるパワー配置を備えている。
The third lens group G3 disposed on the
図2に光学系10を構成する各レンズのデータを示している。曲率半径(R)は物体側11から順に並んだ各レンズの各面の曲率半径(mm)、間隔dは各レンズ面の間の距離(mm)、有効径Deは各レンズ面の有効径(直径、mm)、屈折率ndは各レンズの屈折率(d線)、アッベ数νdは各レンズのアッベ数(d線)を示している。なお、d19は、光学系10と撮像デバイス5との距離(バックフォーカス、BF)を示す。図3には、各レンズのd線基準の焦点距離(mm)と、各接合レンズB1およびB2の合成焦点距離(mm)と、各レンズ群G1〜G3の合成焦点距離(mm)とを示している。以下に示すレンズデータにおいても同様である。また、以下に述べる焦点距離はd線基準の値である。
The data of each lens which comprises the
図4に、光学系10の球面収差、非点収差、歪曲収差を示している。球面収差は、波長435.8340nm(二点鎖線)と、波長486.1330nm(長破線)と、波長546.0740nm(実線)と、波長587.5620nm(一点鎖線)と、656.2730nm(短破線)とを示している。非点収差はタンジェンシャル光線Tとサジタル光線Sとを示している。図5に、光学系10の倍率色収差(横収差)をタンジェンシャル光線およびサジタル光線のそれぞれについて上記のそれぞれの波長で示している。以下に示す収差図においても同様である。
FIG. 4 shows spherical aberration, astigmatism, and distortion of the
この光学系10の主な性能を示す数値は以下の通りである。
全体の合成焦点距離(f):89.94mm
F値:3.26
最大画角(半画角):17.46度
イメージサークル:φ56mm
バックフォーカス(BF):24.02mm
全体のレンズ長(LA):80.29mm
The numerical values indicating the main performance of this
Overall synthetic focal length (f): 89.94 mm
F value: 3.26
Maximum angle of view (half angle of view): 17.46 degrees Image circle: φ 56 mm
Back focus (BF): 24.02 mm
Overall lens length (LA): 80.29 mm
この光学系10の条件(1)〜(9)の値は以下の通りであり、いずれの条件も満足している。なお、カギかっこ内は、本例の光学系10の対応するパラメータを示す。
条件(1)(dS/dI、「d11/(d12〜d19)」):0.207
条件(2)(|f2/fs|、「|f2/fL7|」):0.361
条件(3)(f2/BF):−2.35
条件(4)(f2/f1):−0.937
条件(5)(BF/RLN2、「BF/R17」):0.102
条件(6)((RLL1+RLN2)/(RLL1−RLN2)、
「(R18+R17)/(R18−R17)」):−0.799
条件(7)(De1/DeLL2、「De1/De19」):0.99
条件(8)(LA/BF):3.34
条件(9)(De1/BF):1.50
The values of the conditions (1) to (9) of the
Condition (1) (dS / dI, “d11 / (d12 to d19)”): 0.207
Condition (2) (| f2 / fs |, “| f2 / fL7 |”): 0.361
Condition (3) (f2 / BF): -2.35
Condition (4) (f2 / f1): -0.937
Condition (5) (BF / RLN2, "BF / R17"): 0.102
Condition (6) ((RLL1 + RLN2) / (RLL1-RLN2),
"(R18 + R17) / (R18-R17)": -0.799
Condition (7) (De1 / DeLL2, “De1 / De19”): 0.99
Condition (8) (LA / BF): 3.34
Condition (9) (De1 / BF): 1.50
この撮像光学系10は、物体側11から、正のパワーの第1のレンズ群G1、負のパワーの第2のレンズ群G2、絞りStおよび正のパワーの第3のレンズ群G3が並んだ、正−負−正のパワー配置を持つ望遠タイプ(テレフォトタイプ、逆レトロフォーカスタイプ)に近い光学系であり、第2のレンズ群G2を焦点距離調整(フォーカシング)の際に動かすインナーフォーカスタイプの光学系である。この望遠タイプの光学系は、一般的に焦点距離を長くできるが、画角が小さく、画角を確保しようとすると物体側11の有効径が大きくなる。したがって、大型の撮像素子5に対応するように、上記のようなφ56mmという大きなイメージサークルを実現して像面側12のレンズの有効径を単純に大きくすると、光学系が大型になり、全長も長く、重いレンズシステムとなってしまう。
The imaging
これに対し、この光学系10においては、最も像面側12に負のパワーのレンズL10を配置することにより像面側レンズL10の有効径に対して大きなサイズのイメージサークルが得られるようにしている。さらに、第3のレンズ群G3の最も物体側11、すなわち、最も開口絞りStの近傍に、条件(1)を満たすように、正のパワーのレンズ(絞り側レンズ)L7の物体側の面(第3のレンズ群G3の最も絞り側の面)S12を配置し、開口絞りStからの光線、特に軸外光の光軸15に対する発散を抑制し、像面側12の負のパワーのレンズL10を介して、像面5a、すなわち撮像素子5に入力する軸外光線の入射角度を寝かせ(小さくし)、周辺光の光量を確保するとともに収差補正を十分に行えるようにしている。したがって、最も像面側12に負のレンズL10を採用でき、それにより、イメージサークルに対して最も像面側12のレンズL10の径De19(DeLL2)が大きくなることを抑制できる。このため、像面側12のレンズL10の径De19に対して、物体側11のレンズL1の径De1が大きくなることを抑制できる。
On the other hand, in the
また、開口絞りStに、第3のレンズ群G3の最も物体側11で集光に適した正のパワーのレンズL7を近づけることにより、周辺光を第3のレンズ群G3に取り込みやすくなり、画角が小さくなることを抑制できる。したがって、光学系10の最も物体側11のレンズL1の径De1が小さく、画角が大きな光学系10を提供できる。この例では、最も物体側11のレンズL1の有効径De1が、最も像面側12のレンズL10の有効径De19よりも小さい光学系10を提供できる。
Further, by bringing the lens L7 of positive power suitable for condensing on the
さらに、開口絞りStを隔ててレンズL7と対峙し、インナーフォーカスを行う第2のレンズ群G2のパワー(焦点距離f2)と、レンズL7のパワー(焦点距離fs)との関係を、条件(2)を満足するように設定し、第3のレンズ群G3の絞り側レンズL7のパワーを収差補正が良好に行えるとともに、像面5aに対する光線角度を適切に制御できるようにしている。
Furthermore, the relationship between the power (focal length f2) of the second lens group G2 that faces the lens L7 via the aperture stop St and performs inner focusing, and the power (focal length fs) of the lens L7 is condition (2) And the power of the stop-side lens L7 of the third lens group G3 can be favorably corrected for aberration, and the light ray angle with respect to the
第2のレンズ群G2のパワー(焦点距離f2)は、バックフォーカスBFおよび第1のレンズ群のパワー(焦点距離f1)に対して条件(3)および(4)を満たすように設定されており、第2のレンズ群G2で収差補正が十分に行えるとともに、フォーカシング性能を確保し、全長LAのより短い光学系10を実現している。また、この光学系10においては、フォーカシングの際に第2のレンズ群G2をモーターで駆動するが、条件(3)および(4)を満足する範囲に第2のレンズ群G2のパワーを設定することにより、第2のレンズ群G2をレンズL5およびL6の二枚構成、具体的には接合レンズB2のみで構成しており、軽量でモーター負荷の少ない光学系10となっている。
The power (focal length f2) of the second lens group G2 is set to satisfy the conditions (3) and (4) with respect to the back focus BF and the power of the first lens group (focal length f1). The second lens unit G2 can sufficiently perform aberration correction, secures focusing performance, and realizes the
第3のレンズ群G3は、物体側11から順に、正のパワーのレンズL7およびL8と、負のパワーのレンズL9およびL10との構成となっており、最も像面側12を2枚の負のパワーのレンズL9およびL10で構成することにより像面側12のレンズ径を抑えて大きなイメージサークルを形成できるようにしている。特に、像面側12の2枚目のレンズL9を両凹の負レンズとし、像面側12の面の曲率半径R17を条件(5)の範囲に設定することにより、像面5aに入射する光線角度が大きくなりすぎることを抑制でき、より鮮明な像を結像できるようにしている。バックフォーカスBFも長くなりすぎない構成となっている。
The third lens group G3 includes, in order from the
最も像面側の像面側レンズL10は、像面側12に凸の負のメニスカスレンズであり、像面側12の最終の2つのレンズL10およびL9により、条件(6)を満足する向かい合った面の組み合わせを形成している。これらの面により負のパワーを確保するとともに、収差補正に要する面の数を確保し、さらに、ペッツバール和が大きくなりすぎて像面湾曲が増加することも抑制できている。
The image plane side lens L10 closest to the image plane is a negative meniscus lens convex on the
したがって、この光学系10は、望遠タイプとしては像面側12のレンズL10の径De19に対して物体側11のレンズL1の径De1を小さくでき、本例では、最も物体側11のレンズL1の方が、最も像面側12のレンズL10よりも小さい光学系10を実現している。また、イメージサークルがφ56mmと大きいにも関わらず、比較的長いバックフォーカスBFを確保でき、バックフォーカスBFに対して最も物体側11のレンズL1が小さく、全長LAが短い、全体としてコンパクトなレンズシステム(光学系)10を提供している。さらに、画角が半画角で17.46度と望遠タイプとして大きく、F値が3.26と明るい、交換レンズなどとして好適な光学系10となっている。
Therefore, the
図6に、異なる撮像用の光学系10を備えたカメラ1の例を示している。この光学系10も、物体側11から像面5aに向かって順番に、全体として正の屈折力の第1のレンズ群G1と、全体として負の屈折力の第2のレンズ群G2と、開口絞りStと、全体として正の屈折力の第3のレンズ群G3とから構成され、フォーカシングの際に第2のレンズ群G2が動く、インナーフォーカスタイプの撮像用の光学系10である。第1のレンズ群G1は4枚構成であり、第2のレンズ群G2は2枚構成であり、第3のレンズ群G3は4枚構成である。それぞれの群の基本的なレンズの構成は上記の光学系と共通するので説明は省略するが、全体として、2組の接合レンズB1およびB2を含む10枚構成の光学系である。
FIG. 6 shows an example of a
図7に光学系10を構成する各レンズのデータを示している。図8には、各レンズのd線基準の焦点距離(mm)と、各レンズ群の合成焦点距離(mm)とを示している。図9に、光学系10の球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図10に、光学系10の倍率色収差(横収差)をタンジェンシャル光線およびサジタル光線のそれぞれについて上記のそれぞれの波長で示している。
The data of each lens which comprises the
この光学系10の主な性能を示す数値は以下の通りである。
全体の合成焦点距離(f):95.19mm
F値:3.4
最大画角(半画角):16.55度
イメージサークル:φ56mm
バックフォーカス(BF):34.05mm
全体のレンズ長(LA):72.46mm
The numerical values indicating the main performance of this
Overall synthetic focal length (f): 95.19 mm
F value: 3.4
Maximum angle of view (half angle of view): 16.55 degrees Image circle: φ 56 mm
Back focus (BF): 34.05 mm
Overall lens length (LA): 72.46 mm
この光学系10の条件(1)〜(9)の値は以下の通りであり、いずれの条件も満足している。なお、カギかっこ内は、本例の光学系10の対応するパラメータを示す。
条件(1)(dS/dI、「d11/(d12〜d19)」):0.200
条件(2)(|f2/fs|、「|f2/fL7|」):0.345
条件(3)(f2/BF):−1.60
条件(4)(f2/f1):−0.917
条件(5)(BF/RLN2、「BF/R17」):0.300
条件(6)((RLL1+RLN2)/(RLL1−RLN2)、
「(R18+R17)/(R18−R17)」):−0.662
条件(7)(De1/DeLL2、「De1/De19」):0.97
条件(8)(LA/BF):2.13
条件(9)(De1/BF):0.88
The values of the conditions (1) to (9) of the
Condition (1) (dS / dI, “d11 / (d12 to d19)”): 0.200
Condition (2) (| f2 / fs |, “| f2 / fL7 |”): 0.345
Condition (3) (f2 / BF): −1.60
Condition (4) (f2 / f1): -0.917
Condition (5) (BF / RLN2, "BF / R17"): 0.300
Condition (6) ((RLL1 + RLN2) / (RLL1-RLN2),
"(R18 + R17) / (R18-R17)":-0.662
Condition (7) (De1 / DeLL2, “De1 / De19”): 0.97
Condition (8) (LA / BF): 2.13
Condition (9) (De1 / BF): 0.88
このように、上記において開示した光学系(レンズシステム)10は撮像光学装置およびデジタル機器に関連し、風景や被写体を撮像素子に取り込むレンズ交換式デジタルカメラ、ビデオカメラ、TVカメラ、アクションカメラなどに適した大口径でコンパクトな光学系10である。特に、大型の撮像素子5に使用するイメージサークルの大きなレンズシステムとして適しており、10枚、3群構成という簡易な構成でありながら、望遠レンズとしての性能を備え、さらに、長いバックフォーカスBFを有しながら、レンズ径およびレンズ全長LAが小さく、かつ、広角で明るく、そして、良好に収差補正がされた光学系10を提供できる。
As described above, the optical system (lens system) 10 disclosed above relates to an imaging optical device and a digital device, and is applicable to a lens-interchangeable digital camera, a video camera, a TV camera, an action camera, etc. A suitable large aperture compact
上記には、物体側から像面に向かって順番に、全体として正の屈折力の第1のレンズ群と、全体として負の屈折力の第2のレンズ群と、開口絞りと、全体として正の屈折力の第3のレンズ群とから構成され、前記第3のレンズ群は、最も物体側に配置された正の屈折力の、絞り側レンズと、最も像面側に配置された負の屈折力の、像面側レンズとを含み、前記絞り側レンズの物体側の面と前記開口絞りとの距離dSと、前記絞り側レンズの物体側の面と前記像面との距離dIとが以下の条件を満たす、光学系が開示されている。また、これらの光学系と、前記光学系の像画側に配置された撮像素子とを有する撮像装置が開示されている。
0.02<dS/dI<0.3
In the above, in order from the object side to the image plane, the first lens group having a positive refractive power as a whole, the second lens group having a negative refractive power as a whole, and the aperture stop as a whole And a third lens group having a refractive power of, and the third lens group is a lens of positive refractive power disposed closest to the object side and a negative lens disposed closest to the image plane side The distance dS between the surface on the object side of the stop side lens and the aperture stop and the distance dI between the surface on the object side of the stop side lens and the image plane An optical system satisfying the following conditions is disclosed. In addition, an imaging apparatus is disclosed that includes these optical systems and an imaging device disposed on the image side of the optical system.
0.02 <dS / dI <0.3
この光学系においては、フォーカシングの際に、前記第1のレンズ群、前記開口絞りおよび前記第3のレンズ群は、前記像面に対し固定され、前記第2のレンズ群が前記像面に対して移動してもよい。前記第2のレンズ群の合成焦点距離f2と、前記絞り側レンズの焦点距離fsとが以下の条件を満たしてもよい。
0.1<|f2/fs|<0.8
In this optical system, during focusing, the first lens group, the aperture stop and the third lens group are fixed to the image plane, and the second lens group is fixed to the image plane. You may move. The combined focal length f2 of the second lens group and the focal length fs of the diaphragm side lens may satisfy the following conditions.
0.1 <| f2 / fs | <0.8
前記第1のレンズ群の焦点距離f1と、前記第2のレンズ群の焦点距離f2と、バックフォーカスBFとが以下の条件を満たしてもよい。
−10<f2/BF<−1.4
−1.5<f2/f1<−0.7
The focal length f1 of the first lens group, the focal length f2 of the second lens group, and the back focus BF may satisfy the following conditions.
-10 <f2 / BF <-1.4
−1.5 <f2 / f1 <−0.7
前記第3のレンズ群は、物体側から順に配置された前記絞り側レンズと、正の屈折力のレンズと、両凹の負レンズと、前記像面側レンズとにより構成されており、前記両凹の負レンズの像面側の面の曲率半径RLN2と、バックフォーカスBFとが以下の条件を満たしてもよい。
0.05<BF/RLN2<0.5
The third lens group is composed of the diaphragm side lens arranged in order from the object side, a lens of positive refractive power, a biconcave negative lens, and the image plane side lens. The radius of curvature RLN2 of the surface on the image plane side of the concave negative lens and the back focus BF may satisfy the following conditions.
0.05 <BF / RLN2 <0.5
前記像面側レンズは像面側に凸の負のメニスカスレンズであり、前記像面側レンズの物体側の面の曲率半径RLL1と、前記曲率半径RLN2とが以下の条件を満たしてもよい。
−1.0<(RLL1+RLN2)/(RLL1−RLN2)<−0.1
The image plane side lens may be a negative meniscus lens convex on the image plane side, and the curvature radius RLL1 of the object side surface of the image plane side lens and the curvature radius RLN2 may satisfy the following conditions.
-1.0 <(RLL1 + RLN2) / (RLL1-RLN2) <-0.1
前記第1のレンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面の有効径De1と、前記像面側レンズの像面側の面の有効径DeLL2とが以下の条件を満たしてもよい。
0.9<De1/DeLL2<1.0
The effective diameter De1 of the object side surface of the lens closest to the object side of the first lens group and the effective diameter DeLL2 of the surface of the image side lens on the image side may satisfy the following conditions.
0.9 <De1 / DeLL2 <1.0
当該光学系の全長LAとバックフォーカスBFとが以下の条件を満たしてもよい。
1.5<LA/BF<5.0
The total length LA and the back focus BF of the optical system may satisfy the following conditions.
1.5 <LA / BF <5.0
前記第1のレンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面の有効径De1とバックフォーカスBFとが以下の条件を満たしてもよい。
0.8<De1/BF<2.0
The effective diameter De1 of the object-side surface of the lens closest to the object in the first lens group and the back focus BF may satisfy the following conditions.
0.8 <De1 / BF <2.0
10 光学系、 G1 第1のレンズ群、 G2 第2のレンズ群、 G3 第3のレンズ群 10 optical system, G1 first lens group, G2 second lens group, G3 third lens group
Claims (10)
フォーカシングの際に、前記第1のレンズ群、前記開口絞りおよび前記第3のレンズ群は、前記像面に対し固定され、前記第2のレンズ群が前記像面に対して移動し
前記第3のレンズ群は、最も物体側に配置された正の屈折力の、絞り側レンズと、正の屈折力のレンズと、両凹の負レンズと、最も像面側に配置された負の屈折力の、像面側レンズとにより構成されている、光学系。 In order from the object side to the image plane, a first lens group of generally positive refractive power, a second lens group of generally negative refractive power, an aperture stop, and generally of positive refractive power It consists of the third lens group,
At the time of focusing, the first lens group, the aperture stop, and the third lens group are fixed with respect to the image plane, and the second lens group is moved with respect to the image plane. The lens group of the lens has a positive refractive power, which is disposed closest to the object side, a lens with positive refractive power, a biconcave negative lens, and a negative refractive power that is disposed most toward the image plane. An optical system constituted by an image plane side lens.
前記絞り側レンズの物体側の面と前記開口絞りとの距離dSと、前記絞り側レンズの物体側の面と前記像面との距離dIとが以下の条件を満たす、光学系。
0.02<dS/dI<0.3 In claim 1,
An optical system in which a distance dS between a surface on the object side of the diaphragm side lens and the aperture stop and a distance dI between a surface on the object side of the diaphragm side lens and the image plane satisfy the following condition.
0.02 <dS / dI <0.3
前記第2のレンズ群の合成焦点距離f2と、前記絞り側レンズの焦点距離fsとが以下の条件を満たす、光学系。
0.1<|f2/fs|<0.8 In claim 1 or 2,
An optical system in which a combined focal length f2 of the second lens group and a focal length fs of the aperture stop-side lens satisfy the following conditions.
0.1 <| f2 / fs | <0.8
前記第1のレンズ群の焦点距離f1と、前記第2のレンズ群の焦点距離f2と、バックフォーカスBFとが以下の条件を満たす、光学系。
−10<f2/BF<−1.4
−1.5<f2/f1<−0.7 In any of claims 1 or 3,
An optical system in which a focal length f1 of the first lens group, a focal length f2 of the second lens group, and a back focus BF satisfy the following conditions.
-10 <f2 / BF <-1.4
−1.5 <f2 / f1 <−0.7
前記両凹の負レンズの像面側の面の曲率半径RLN2と、バックフォーカスBFとが以下の条件を満たす、光学系。
0.05<BF/RLN2<0.5 In any one of claims 1 to 4,
An optical system in which a curvature radius RLN2 of a surface on the image plane side of the biconcave negative lens and a back focus BF satisfy the following conditions.
0.05 <BF / RLN2 <0.5
前記像面側レンズは像面側に凸の負のメニスカスレンズであり、前記像面側レンズの物体側の面の曲率半径RLL1と、前記曲率半径RLN2とが以下の条件を満たす、光学系。
−1.0<(RLL1+RLN2)/(RLL1−RLN2)<−0.1 In claim 5,
The optical system, wherein the image plane side lens is a negative meniscus lens convex on the image plane side, and the radius of curvature RLL1 of the surface on the object side of the image plane side lens and the radius of curvature RLN2 satisfy the following conditions.
-1.0 <(RLL1 + RLN2) / (RLL1-RLN2) <-0.1
前記第1のレンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面の有効径De1と、前記像面側レンズの像面側の面の有効径DeLL2とが以下の条件を満たす、光学系。
0.9<De1/DeLL2<1.0 In any one of claims 1 to 6,
An optical system in which an effective diameter De1 of an object side surface of a lens closest to the object side of the first lens group and an effective diameter DeLL2 of an image surface side surface of the image surface side lens satisfy the following condition.
0.9 <De1 / DeLL2 <1.0
当該光学系の全長LAとバックフォーカスBFとが以下の条件を満たす、光学系。
1.5<LA/BF<5.0 In any one of claims 1 to 7,
An optical system in which the total length LA and the back focus BF of the optical system satisfy the following conditions.
1.5 <LA / BF <5.0
前記第1のレンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面の有効径De1とバックフォーカスBFとが以下の条件を満たす、光学系。
0.8<De1/BF<2.0 In any one of claims 1 to 8,
An optical system in which an effective diameter De1 of an object side surface of a lens closest to the object side in the first lens group and a back focus BF satisfy the following condition.
0.8 <De1 / BF <2.0
前記光学系の像画側に配置された撮像素子とを有する撮像装置。 An optical system according to any one of claims 1 to 9,
And an imaging device disposed on the image side of the optical system.
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